JP3005202B2 - 電子部品をＡｕ−Ｓｉでロウ付けするための配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子が搭載される回路基板や半導体集積回路素子などの電
子部品を収容する電子部品用バッケージ本体等をなす配
線基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣパッケージ等の配線基板を作
成する際、例えば、図２（ａ）に示すように、素材であ
るセラミック絶縁基板５２上にタングステンからなるメ
タライズ金属層５３を形成し、このメタライズ金属層５
３の表面に還元型の無電解めっきによりニッケル−ホウ
素（Ｎｉ−Ｂ）合金層５４を形成し、この上に同じく還
元型の無電解めっきによりニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）
合金層５５を形成し、この上に無電解めっきにより金
（Ａｕ）層５６を形成していた。

【０００３】ここで、ニッケル−ホウ素合金層５４は、
粗面なメタライズ金属層５３の上にピンホール（小穴）
やボイド（小空隙）を形成することなく均一な厚みに被
着される点で有用であり、また、ニッケル−リン合金層
５５は、表層である金層５６と下層であるニッケル−ホ
ウ素合金層５４との密着を強固にする役割を果たす点で
有用である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のニッ
ケル−リン合金層５５の役割を十分に発揮させるために
は、ニッケル−リン合金層５５を無電解めっきにより被
着形成した後、シンタリングを行う必要があった。

【０００５】このようなシンタリングを行ったニッケル
−リン合金層５５の上に無電解めっきにより金層５６を
形成して得られた配線基板を用いて、この金層５６上に
ＩＣチップ５８を金−シリコン合金で４００〜５００℃
でロウ付けした場合には、図２（ｂ）に示すように、金
層５６はロウ材である金−シリコン合金に拡散してロウ
材と一体化してロウ材−金拡散層５７となる。

【０００６】このようにしてＩＣチップ５８を接合した
配線基板では、ニッケル−リン合金層５５とニッケル−
ホウ素合金層５４との間の剥離は起きないものの、ニッ
ケル−リン合金層５５とロウ材−金拡散層５７との間の
密着性が十分でない場合があり、この間で剥離が起きる
ことがあった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、表層である金層に電子部品を金−シリコン合金をロ
ウ材としてロウ付けしたとき、ニッケル−リン合金層と
ロウ材−金拡散層との間で剥離が起きない配線基板及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】本発明者は、［従来の技術］の欄で述べたよ
うに、配線基板の金層上にＩＣチップ等の電子部品を金
−シリコン合金でロウ付けした場合、ニッケル−リン合
金層とロウ材−金拡散層との間で剥離が起きる現象につ
き鋭意研究した結果、このような剥離現象の起こる原
因としてニッケル−リン合金層とロウ材−金拡散層との
間に比較的脆弱な金属間化合物（Ｎｉ／Ｐ／Ｓｉ）が生
成している可能性が高いこと、この金属間化合物の生
成率はニッケル−リン合金層のシンタリング温度に依存
していること、を見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、請求項１記載の発明は、表層にシリ
コンチップ等の電子部品を金−シリコン合金をロウ材と
してロウ付けするための配線基板であって、素材上にニ
ッケル−リン合金層を有し、該ニッケル−リン合金層上
に表層としての金層を有し、該ニッケル−リン合金層
は、リン成分の多い部分と少ない部分とが斑状に分布し
ているか又はリン成分の多い部分が前記金層側に層状に
分離していることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、表層にシリ
コンチップ等の電子部品を金−シリコン合金をロウ材と
してロウ付けするための配線基板を製造する方法であっ
て、素材上に還元型の無電解めっきによりニッケル−リ
ン合金層を形成するＮｉ−Ｐ形成工程と、このニッケル
−リン合金層を６００℃以上で処理するシンタリング工
程と、シンタリング後のニッケル−リン合金層に無電解
めっきにより表層としての金層を形成するＡｕ形成工程
とを含むことを特徴とする。

【００１１】上記Ｎｉ−Ｐ工程に用いる素材としては、
セラミック基板やガラス基板等の絶縁基板をそのまま用
いてもよいし、あるいは、これら絶縁基板の上に金属層
（例えばタングステン、モリブデン、モリブデン−マン
ガン合金等のメタライズ金属層やニッケル−ホウ素合金
層など）が形成されたものを用いてもよいし、あるい
は、絶縁基板上のメタライズ金属層にロウ付けした銅−
タングステン（ロウ付け前にニッケル合金でめっきされ
ていてもよい）を用いてもよい。

【００１２】また、Ｎｉ−Ｐ形成工程では、還元型の無
電解めっきのめっき液としては従来公知の硫酸ニッケル
と還元剤である次亜リン酸ナトリウムを含むめっき液な
どを用いることができ、具体的には上村工業（株）製の
ニムデン７８Ｓ（商品名）等の市販のめっき液を用いる
ことができる。

【００１３】上記シンタリング工程では、６００℃以上
の熱で処理する。例えば、ニッケル−リン合金層が形成
された素材を、入口から出口にかけての温度分布が略正
規分布形状であり、配線基板の最高温度が６００℃以上
となるように加熱装置内を通過させることが、量産性の
点で好ましい。このとき、最高温度を６００℃よりも高
く（例えば６５０℃）とし、６００℃以上のキープ時間
を１０分以上となるようにすると、温度にバラツキが生
じても確実に配線基板が６００℃以上になるので好まし
い。

【００１４】上記Ａｕ形成工程では、シンタリング後の
ニッケル−リン合金層に無電解めっきにより表層として
の金層を形成する。一般に、ニッケル−リン合金層に、
直接、還元型無電解めっきにより厚い（例えば＞０．３
μｍ）金層を形成しようとしてもニッケル−リン合金層
の上にうまく金が析出しないため、膜厚の厚い金層を形
成するには、請求項３に記載したように、まずニッケル
−リン合金層に置換型の無電解めっきによって金めっき
を施して薄い金層（例えば０．０１〜０．１μｍ）を被
着形成し、その後に還元型の無電解めっきによって金め
っきを施して厚い金層を被着形成し、厚みを厚くする方
法が採られる。

【００１５】尚、置換型の無電解めっきによって金を被
着形成する際のめっき液としては、従来公知の可溶性金
塩にシアン化アルカリ安定化剤等を添加しためっき液等
を用いることができ、具体的にはエヌ・イーケムキャッ
ト社製のアトメックス（商品名）などを用いることがで
きる。また、還元型の無電解めっきによって金を被着形
成する際のめっき液としては、従来公知の水素化ホウ素
ナトリウムを還元剤として含むめっき液等を用いること
ができ、具体的には奥野製薬（株）製のＯＰＣムデンゴ
ールド２５（商品名）などを用いることができる。

【００１６】本発明の製造方法では、シンタリング工程
を６００℃以上で行うことにより、この配線基板の表層
である金層にシリコンチップ等の電子部品を金−シリコ
ン合金をロウ材としてロウ付けして用いた場合に、ニッ
ケル−リン合金層とロウ材−金拡散層との間の剥離を防
止できるという効果が得られる。

【００１７】シンタリング工程を６００℃未満の温度で
行った場合には、ニッケル−リン合金層とロウ材−金拡
散層との間の剥離が起きる率が高くなるという問題が発
生する。これは、ニッケル−リン合金層とロウ材−金拡
散層との間に脆弱な金属間化合物（Ｎｉ／Ｐ／Ｓｉ）が
多く生成されるためと推察される。また、この金属間化
合物の生成率はシンタリング温度（したがってニッケル
−リン合金層中のリン成分の分布状況）に依存している
と推察される。本発明者の行ったＳＥＭの断面観察等に
よる結晶構造の観察によれば、６００℃未満でシンタリ
ングを行った場合にはニッケル−リン合金層に特に変化
がなく、リン成分はほぼ均一に分布していると思われた
が、６００〜７４０℃でシンタリングを行った場合には
ニッケル−リン合金層のリン成分の多い部分と少ない部
分とが表面から下方にかけて斑（まだら）状に分布して
いることが認められ、７４０℃を超えるとリン成分の多
い部分が表面（金層側）に層状に略分離していることが
認められた。

【００１８】これは、加熱により、ニッケル−リン合金
層中において Ｎｉ₃Ｐが生成されて集まり、リン成分の
多い部分を形成する一方、他の部分のリン成分量が相対
的に少なくなるのでリン成分の少ない部分を形成して、
斑状構造を呈するものと考えられる。また、更に高温と
なると、 Ｎｉ₃Ｐが集まって表面側で層状になり、残余
のリン成分の少ない部分と層状に分離したものと考えら
れる。そして、このような成分分布構造が金属間化合物
の生成の仕方に寄与しているものと推察される。

【００１９】本発明のシンタリング工程では、本発明の
効果を得るうえで特に上限温度はないが、配線基板に例
えば共晶銀ロウ（ｍｐ約７８０℃）によりピン等が接合
されている場合には銀ロウが溶融しない温度（安全を見
込んで約７００℃未満）を上限とすることが好ましい。

【００２０】本発明において、請求項４に記載したよう
に、ニッケル−リン合金層のリン含有量が５〜１０重量
％となるようにした場合には、ニッケル−リン合金層の
上に金層が一様に形成され、且つ、両層間にフクレやハ
ガレが発生せず歩留まりが際立って向上する点で好まし
い。なお、このリン含有量の定量分析方法は特に限定す
るものではないが、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析
装置により定量することが好ましい。

【００２１】ここで、リン含有量が１０重量％を超える
と、ニッケル−リン合金層の耐食性が高くなるため、例
えば置換型無電解めっきにより金層を形成する場合に
は、ニッケル−リン合金層からニッケルが溶出しにくく
なり、その結果金が析出しにくくなる傾向にあるため、
好ましくない。

【００２２】一方、リン含有量が５重量％未満では、例
えば置換型無電解めっきにより金層を形成する場合に
は、ニッケル−リン合金層と金層との界面においてニッ
ケル酸化層が形成されやすくなること等によって両層の
密着性が悪くなる傾向にあるため、好ましくない。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施
例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲
に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。

【００２４】［実施例１］図１は本実施例の電子部品用
パッケージ本体の構造を表す説明図であり、図１（ａ）
はシリコンチップ接合前の説明図、（ｂ）はシリコンチ
ップ接合後の説明図である。尚、円内は拡大断面図であ
る。

【００２５】電子部品用パッケージ本体１は、図１
（ａ）に示すように、アルミナセラミックからなる絶縁
基板２、メタライズ金属層３、ニッケル−ホウ素合金層
４、ニッケル−リン合金層５、金層６を備えており、各
層はこの順序に積み上げられるように形成されている。

【００２６】かかる電子部品用パッケージ本体１は、以
下の手順により製造した。即ち、所定のアルミナ原料粉
体に有機溶剤等を添加混合してスラリーとし、これをド
クターブレード法等を採用することによりセラミックグ
リーンシートとし、しかる後、タングステン粉末等から
なる導体ペーストを用いてセラミックグリーンシートに
スクリーン印刷し、次いで、これを図示はしないが適数
枚積層、圧着し、約１６００℃にて同時焼成した。これ
により、絶縁基板２上にメタライズ金属層３を一体的に
形成した。

【００２７】そして、このメタライズ金属層３の上に、
硫酸ニッケルとＤＭＡＢ（ジメチルアミンボラン）を還
元剤として含む無電解めっき液（奥野製薬（株）製のト
ップケミアロイＢ−１（商品名））を用いて、液温６５
℃、ｐＨ６．７、めっき時間１５分という条件でめっき
を行い、ニッケル−ホウ素合金層４を厚さ１．２μｍ被
着、形成し、その後図示しないピンを銀ロウによりロウ
付けした。

【００２８】次いで、このニッケル−ホウ素合金層４の
上に、硫酸ニッケルと次亜リン酸ナトリウムを還元剤と
して含む無電解めっき液（上村工業（株）製のニムデン
７８Ｓ（商品名））を用いて、液温９０℃、ｐＨ６．
０、めっき時間１０分という条件でめっきを行い、ニッ
ケル−リン合金層５を厚さ３．０μｍ被着形成した。

【００２９】次いで、加熱装置（光洋リンドバーグ社製
のメッシュベルト式連続炉）を用いてシンタリングを行
った。この加熱装置は、入口から出口にかけての温度分
布が略正規分布形状であり、基板の最高温度が６５０
℃、６００℃以上のキープ時間が１０分となるように設
定した。尚、加熱装置の通過距離は３０５０ｍｍ、通過
時間は２２分であった。このようにすると、基板が確実
に６００℃以上に加熱される。

【００３０】続いて、置換型無電解金めっき用のめっき
液（エヌ・イーケムキャット（株）製のアトメックス
（商品名））を用いて、液温８５℃、ｐＨ６．０、めっ
き時間３分という条件でめっきを行い、金層６のうち下
層に相当する第１金層６ａを厚さ０．０１〜０．１μｍ
被着形成した。

【００３１】最後に、水素化ホウ素ナトリウムを還元剤
として含む無電解めっき液（奥野製薬（株）製のＯＰＣ
ムデンゴールド２５（商品名））を用いて、液温７３
℃、ｐＨ１３．５、めっき時間３０分という条件でめっ
きを行い、金層６のうち上層に相当する第２金層６ｂを
厚さ２．０μｍ被着形成した。

【００３２】このようにして、図１（ａ）に示す構造の
電子部品用パッケージ本体１を作製した。 ［実施例２、３及び比較例１、２］実施例２、３及び比
較例１、２では、上記実施例１においてニッケル−リン
合金層を還元型無電解めっきにより被着形成した後のシ
ンタリング工程の最高温度を、下記表１に示す最高温度
に設定し、各最高温度より５０℃低い温度以上の温度で
１０分キープした以外は、上記実施例１と同様にして図
１（ａ）と同様の構造の電子部品用パッケージ本体を作
製した。尚、比較例１はシンタリングを行わずに置換型
無電解金めっき、還元型無電解金めっきを行った。

【００３３】

【表１】

【００３４】［試験例］以上のようにして得られた実施
例１〜３及び比較例１、２の表層である金層６上に、金
−シリコン合金（シリコン１〜２％、ｍｐ３７０〜３９
０℃）をロウ材としてこれを４５０℃の熱で溶かし、図
１（ｂ）に示すように、シリコンチップ８をロウ付けし
た。

【００３５】これにより、金層６はロウ材である金−シ
リコン合金に拡散してロウ材−金拡散層７となった。そ
して、ニッケル−リン合金層５とロウ材−金拡散層７と
の間の密着性を調べるため、シリコンチップ８に熱可塑
性テープ（３Ｍ社製）、セラミック板、熱可塑性テー
プ、アルミスタッドの順に重ねて接合し、電子部品用パ
ッケージ本体１を固定したうえでこのアルミスタッドを
上方に引っ張り、ハガレ発生率を求めた。尚、この試験
は、各実施例、各比較例につき１００ピースずつ行っ
た。

【００３６】・ハガレ発生率 ニッケル−リン合金層５とロウ材−金拡散層７との間で
剥離が起こったピースを、ハガレが発生したピースとし
てカウントした。その結果を下記表２に示す。尚、ハガ
レが発生しなかったピースはシリコンチップ８が割れ
た。また、比較例１については、ニッケル−リン合金層
５とニッケル−ホウ素合金層４との間で剥離が起こっ
た。この剥離についてもハガレとしてカウントした。

【００３７】

【表２】

【００３８】尚、各試験例においてニッケル−リン合金
層５を無電解めっきにより被着形成した際（シンタリン
グ前）に、ニッケル−リン合金層５のリン含有量の定量
分析を行った。この定量分析は、機種：ＪＥＯＬ（日本
電子（株））製のＪＳＭ−８２０、検出器：トレイコア
・ノーザン（株）製のエネルギー分散型Ｘ線分析装置を
用いて、加速電圧２０ｋＶ、分析倍率３７００倍（３０
×２３μｍ）という条件で行った。その結果、リン含有
量は５〜１０重量％の範囲にあった。

【００３９】上記表２から明らかなように、ニッケル−
リン合金層５を被着形成した後のシンタリングの最高温
度が６００℃以上のときには、ハガレ発生率はゼロであ
り、ニッケル−リン合金層５とロウ材−金拡散層７との
密着性が極めて強固であった。このため、実施例１〜３
の電子部品用パッケージ本体を用いれば、金−シリコン
合金でチップをロウ付けした場合に、チップが剥がれる
ことがないという効果が得られる。

【００４０】尚、ニッケル−リン合金層５のリン含有量
が５〜１０重量％から外れた場合についても、上記実施
例と同様にして電子部品用パッケージ本体を作製した
が、５重量％未満ではチップをロウ付けした際にニッケ
ル−リン合金層と金層との間にハガレ・フクレを生じ、
１０重量％を超えると金層が形成されない無めっき部分
を生じた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の電子部品用パッケージ本体の構造を
表す説明図であり、（ａ）はシリコンチップ接合前の説
明図、（ｂ）はシリコンチップ接合後の説明図である。

【図２】 従来例の電子部品用パッケージ本体の構造を
表す説明図であり、（ａ）はシリコンチップ接合前の説
明図、（ｂ）はシリコンチップ接合後の説明図である。

【符号の説明】

１・・・電子部品用パッケージ本体、２・・・絶縁基
板、３・・・メタライズ金属層、４・・・ニッケル−ホ
ウ素合金層、５・・・ニッケル−リン合金層、６・・・
金層、６ａ・・・第１金層、６ｂ・・・第２金層、７・
・・ロウ材−金拡散層、８・・・シリコンチップ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表層にシリコンチップ等の電子部品を金
   −シリコン合金をロウ材としてロウ付けするための配線
   基板であって、 素材上にニッケル−リン合金層を有し、 該ニッケル−リン合金層上に表層としての金層を有し、 該ニッケル−リン合金層は、リン成分の多い部分と少な
   い部分とが斑状に分布しているか又はリン成分の多い部
   分が前記金層側に層状に分離していることを特徴とする
   配線基板。
2. 【請求項２】 表層にシリコンチップ等の電子部品を金
   −シリコン合金をロウ材としてロウ付けするための配線
   基板を製造する方法であって、 素材上に還元型の無電解めっきによりニッケル−リン合
   金層を形成するＮｉ−Ｐ形成工程と、 このニッケル−リン合金層を６００℃以上で処理するシ
   ンタリング工程と、 シンタリング後のニッケル−リン合金層に無電解めっき
   により表層としての金層を形成するＡｕ形成工程とを含
   むことを特徴とする配線基板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記Ａｕ形成工程では、置換型の無電解
   金めっきを行った上で還元型の無電解金めっきを行うこ
   とにより表層としての金層を形成することを特徴とする
   請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ニッケル−リン合金層はリン含有量
   が５〜１０重量％であることを特徴とする請求項２又は
   ３記載の配線基板の製造方法。